Синергетика характеристика

- Визначають об'єкт, мету і завдання дослідження, критерії для вивчення об'єкта та управління ним;

- Окреслюють межі досліджуваної системи і визначають її структуру;

- Складають математичну модель системи;

- Аналізують модель, знаходять її екстремальні умови з метою оптимізації-ції процесів та управління системою і формулюють висновки.

Основним завданням системного аналізу є визначення вихідного сигналу за відомим вхідного сигналу і характеристиками системи. Реально перед дослідником стоїть інша задача, яка називається зворотною: - по заданий-ним вхідним і вихідним сигналам побудувати модель, що описує поведе-ние вивчається.

Системний аналіз відрізняється від інших методів дослідження тим, що:

- Враховує принципову складність досліджуваного об'єкта;

- Враховує розгалужені та стійкі взаємозв'язку його з оточенням;

- Враховує неможливість спостереження ряду властивостей об'єкта і навколишнього середовища;

- Реальні явища, їх властивості та зв'язки з навколишнім середовищем переводяться в абстрактні категорії теорії систем;

- Грунтуючись на відомих властивостях складних систем, дозволяє виявити нові конкретні властивості та взаємозв'язки конкретного об'єкта досліджень-ня;

- На відміну від інших методів, в яких точно визначені об'єкти, включа-ет як одного з важливих етапів визначення об'єкта, його знаходження або конструювання;

- Орієнтується не на рішення «правильно» сформульованих »задач, а на створення правильної постановки задачі і вибір відповідних методів її вирішення;

- Основне в системному аналізі - це пошук шляху, що дозволяє перетворити складну проблему в більш просту, що дозволяє складну не тільки для вирішення, але і для розуміння проблему перетворити на послідовність за-дач, для яких існують методи їх вирішення;

- Системний аналіз завжди конкретний - завжди має справу з конкретною про-блеми, конкретним об'єктом дослідження, є продуктивним тоді, коли використовується для вирішення завдань певного типу.

Сила системного аналізу полягає в тому, що він дозволяє розкласти складну проблему на компоненти аж до постановки конкретних завдань, для яких існують методи вирішення, і, з іншого боку, зберігає це-лостность цієї проблеми.

Метою використання системного аналізу для конкретної проблеми є-ється підвищення ступеня обгрунтованості рішення, яке приймається.

Для системного аналізу важливими є наступні методологічні принципи:

- Органічна єдність об'єктивного і суб'єктивного;

- Структурність системи, яка визначає цілісність і стійкість ха-теристик системи;

- Динамізм системи;

- Міждисциплінарний характер системних досліджень;

- Органічна єдність формального та неформального при проведенні сис-темного аналізу.

Основною областю використання методів системного аналізу є слабоструктуровані проблеми, а для вирішення не структуровані проб-лем в більшості випадків використовуються евристичні методи.

За загальноприйнятою в даний час парадигмі вважається, що для дослі-дователя будь-якої складної системи недостатньо знати існуючі рецеп-ти. Аналіз кожної складної системи - це унікальна проблема, що вимагає не тільки різнобічної культури, а й винахідливості і таланту.

Необхідність в системному аналізі виникає в тих випадках, коли метушні-кают наступні ситуації:

- Вирішується нова проблема, і за допомогою системного аналізу формулюю-ється, а потім визначається, що і про що необхідно дізнатися;

- Вирішення проблеми передбачає координацію цілей з безліччю способів їх досягнення;

- Існують різні варіанти вирішення проблеми або досягнення взаємопов'язаного комплексу цілей, які важко порівнювати як по ефек-тивності, так і по необхідних трудовитрат;

- Важливі рішення необхідно приймати в разі невизначеності та (або) на далеку перспективу.

Є безліч альтернативних визначень поняття «системний ана-ліз». Наведемо деякі з них.

«Системний аналіз - сукупність методів, заснованих на використанні ЕОМ і орієнтованих на дослідження складних систем - технічних еко-номічного, екологічних»

«Системний аналіз - це дисципліна, що займається прийняттям рішень в умовах, коли вибір альтернативи вимагає аналізу складної інформації різної фізичної природи».

(Н.Н. Моісеев. Математичні методи системного аналізу. - М.: Наука, 1981, с. 488).

«Системний аналіз - це особливий вид науково - технічного мистецтва, що приводить в руках досвідченого майстра до значних результатів і практи-но непотрібного при чисто механічному застосуванні». (Кухтенко А.І. Кі-бернетіка і фундаментальні науки. - К.: Наукова думка. 1987. - 144 с.).

«Системний аналіз - це скоріше особливий тип науково - технічного твор-пра, якій виникає внаслідок органічної єдності суб'єктивно-го і об'єктивного, а тому досвідчений аналітик досягає значних результатів, а механічне застосування методик і прийомів системного ана-лізу недостатньо кваліфікованими особами не дозволяє отримати по-залізні результати ».

«Системний аналіз - це методологія вивчення таких властивостей і відношень в об'єктах, які важко спостерігаються і важко сприймають-ся, за допомогою представлення цих об'єктів у вигляді цілеспрямованих систем та вивчення властивостей цих систем та взаємних відносин як відносин між-ду цілями і способами їх реалізації ».

(Катренко А.В. Системний аналіз об'єктів та процесів комп'ютерізації. - Львів: "Новий світ - 2000", 2003. - 424 с.)

Синергетика

Синергетика - сучасна теорія систем, що самоорганізуються, заснована на принципах цілісності світу, спільності закономірностей розвитку всіх рівнів матеріальної і духовної організації; нелінійності (багатоваріантності, альтернативності) і незворотності, глибинної взаємозв'язку хаосу і порядку, випадковості і необхідності.
Чому ціле може мати властивості, якими не володіє жодна з його частин? У чому людина бачить складність навколишнього його світу? Чому, знаючи фундаментальні фізичні закони, ми не можемо передбачати поведінку найпростіших біологічних об'єктів? Як узгодити наступну з класичної термодинаміки тенденцію до встановлення рівноваги з переходом від простого до складного, від нижчого до вищого, який ми бачимо в ході біологічної еволюції?

Перелічені питання ще зовсім недавно можна було б сміливо назвати загальфілософських і віднести до тієї науці, які представляє собою вчення про загальні принципи перебування людини в світі, взаємодії людини зі світом і його перетворення - а наукою цієї є філософія.
І, насправді, не більше як півтора десятиліття тому ці питання фахівці відносили до компетенції філософії. Зараз же вони встають у конкретному контексті фізичних, хімічних, біологічних завдань. У їх вирішенні все більше допомагає теорія самоорганізації, або синергетика (від грецького synergeia - спільна дія).

Чому, проте, філософські питання раптом стали предметом розгляду теорії синергетики і чому в цьому виникла необхідність?
Що стало причиною виникнення науки самоорганізації, які причини привели до виникнення цієї науки, чим відрізняється погляд на світ цієї науки від уявлень, вироблених раніше? Спробуємо відповісти на ці питання.
Очевидно, що системи, що існують у природі, безумовно, не схожі на ті, які створені людиною і істотно відрізняються від них.
Для систем, що існують в природному середовищі, характерні стійкість відносно зовнішніх впливів, можливість до самоусложненію, розвитку, зростанню, самообновляемость і узгодженість всіх складових частин. Для систем ж, є творінням рук людських, властиві такі риси, як різке погіршення функціонування навіть при порівняно невеликій зміні зовнішніх впливів або помилки в управлінні.

При цьому сам собою напрошується висновок: треба запозичити досвід побудови організації, накопичений природою, і використовувати його в нашій діяльності. Звідси випливає одна із завдань синергетики: з'ясування законів побудови організації, виникнення упорядкованості. На відміну від кібернетики тут акцент робиться не на процесах управління та обміну інформацією, а на принципах побудови організації, її виникнення, розвиток і самоускладнення.

При вирішенні завдань в самих різних областях від фізики і хімії до економіки та екології, створення і збереження організації, формування впорядкованості є або метою діяльності, або її важливим етапом. Покажемо це на наступних прикладах.

Перший - завдання, пов'язані з керованим термоядерним синтезом. У більшості проектів найважливіший момент - створення необхідної просторової або просторово-часової впорядкованості.

Інший приклад - формування наукових колективів, де активна творча робота більшості співробітників повинна поєднуватися з можливістю спільно вирішувати великі завдання. Такий колектив повинен бути стійкий і швидко реагувати на все нове. Яка ж оптимальна організація, що дозволяє домагатися цього?

Дане питання особливо гостро стоїть при дослідженнях таких глобальних проблем, як енергетичні, екологічні та багато інших проблем, які вимагають залучення величезних ресурсів. І тут немає можливості шукати відповідь методом проб і помилок, а «нав'язати» системі необхідну поведінку дуже важко. Набагато розумніше діяти, спираючись на знання внутрішніх властивостей системи, законів її розвитку. У такій ситуації значення законів самоорганізації, формування впорядкованості у біологічних, фізичних та інших системах важко переоцінити.

Ще однією причиною, що обумовила створення синергетики, є необхідність при вирішенні ряду задач науки і техніки аналізувати складні процеси різної природи, використовуючи при цьому нові математичні методи.

Класична математична фізика (наука про дослідження математичних моделей фізики) мало справу з лінійними рівняннями. Формально це рівняння, в які невідомі входять тільки в першому ступені. А реально вони описують процеси, що йдуть однаково при різних зовнішніх впливах. З
збільшенням інтенсивності впливу зміни залишаються кількісними, нових якостей не виникає.

Однак вченим все частіше доводиться мати справу з явищами, де більш інтенсивні зовнішні впливи приводять до якісно нової поведінки системи. Тут потрібні нелінійні математичні моделі. Їх аналіз - справа набагато більш складне, але при вирішенні багатьох завдань він необхідний.
Це призводить до формування широкого фронту досліджень нелінійних явищ, до спроб створити загальні підходи, застосовні до багатьох систем. Саме такі підходи і застосовуються в синергетиці.

Ключові положення синергетики.

Питання про виникнення з простого складного вважається в науці одним з найскладніших. Лише у другій половині XX ст. наука стала освоювати складні системи теоретично. У зв'язку з цим з'явилася особлива наука, синергетика, теорія самоорганізації складних систем. Слово «синергетика» давньогрецького походження, в перекладі на російську мову означає «співпраця, спільна дія».

Як видно, лінгвістичний зміст слів різний, але їх концептуальний сенс однаковий, тому що синергетика - новий напрям міждисциплінарних досліджень, предметом яких є процеси самоорганізації у відкритих системах хімічної, біологічної, фізичної, екологічної та іншої природи.

Термін «синергетика» ввів у науковий обіг англійський фізіолог Ч.С. Шеррингтон більше ста років тому. Пріоритет у розробці системи понять, що описують механізми самоорганізації, взаімоподібні процеси розвитку у світі, належить німецькому фізику Г. Хакен («Синергетика. Ієрархія нестійкостей в самоорганізованих системах та пристроях»), бельгійському вченому російського походження, лауреатові Нобелівської премії І. Пригожиним («Самоорганізація в нерівноважних системах »,« Філософія нестабільності »тощо), російським вченим С.П. Курдюмова, М.В. Волькенштейна, Ю.А. Урманцеву та ін Запропонований Г. Хакеном, цей термін акцентує увагу на узгодженості взаємодії частин при утворенні структури як єдиного цілого.

Розглянемо особливість синергетики як науки. На відміну від більшості нових наук, що виникали, як правило, на стику двох раніше існували і характеризуються проникненням методу однієї науки в предметі інший, синергетика виникає, спираючись не на граничні, а на внутрішні точки різних наук, з якими вона має ненульові перетину: у досліджуваних синергетикою системах, режимах і станах фізик, біолог, хімік і математик бачать свій матеріал, і кожен з них, застосовуючи методи своєї науки, збагачує загальний запас ідей і методів даної науки.

Цю особливість синергетики докладно охарактеризував Хакен: «Дана конференція, як і всі попередні, показала, що між поведінкою абсолютно різних систем, що вивчаються різними науками, існують воістину дивні аналоги. З цієї точки зору дана конференція є ще одним прикладом існування нової галузі науки - Синергетики. Зрозуміло, Синергетика існує не сама по собі, а пов'язана з іншими науками принаймні двояко.
По-перше, досліджувані синергетикою системи відносяться до компетенції різних наук. По-друге, інші науки привносять в синергетики свої ідеї.

Отже, синергетика як наука робить перші кроки, і існує відразу не в одному, а в декількох варіантах, що відрізняються не тільки назвами, але і ступенем спільності і акцентами в інтересах.
Коли Г. Хакена як одного із засновників синергетики попросили назвати ключові положення синергетики, то він перерахував їх у наступному порядку:

1. «Досліджувані системи складаються з кількох чи багатьох однакових або різнорідних частин, які знаходяться у взаємодії один з одним.

2. Ці системи є нелінійними.